مادة جديدة للعضلات الاصطناعية تسمى أقوى وأكثر مرونة من تلك الموجودة في الجسم

طور الباحثون مادة جديدة للعضلات الاصطناعية ، باستخدام غشاء من اللدائن العازلة الرقيقة والخفيفة مثل شعر الإنسان. الصورة مقدمة من مختبر أبحاث المواد اللينة في جامعة كاليفورنيا

في نمط المرأة الآلية والرجل ذي الستة ملايين دولار ، طور الباحثون مادة جديدة – وعملية تصنيع – للعضلات الاصطناعية التي وصفوها بأنها أقوى وأكثر مرونة من نظيراتها البيولوجية.

قاد البحث ، الذي نُشر يوم الخميس في مجلة Science ، علماء المواد في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، مع زملائهم في SRI International ، وهو معهد أبحاث علمي مستقل غير ربحي مقره في مينلو بارك ، كاليفورنيا.

وصف الباحثون المادة الجديدة المتينة المصنوعة لإعادة إنتاج وظيفة العضلات كفيلم مصنوع من طبقات خفيفة الوزن وقابلة للمعالجة وعالية الأداء “اللدائن العازلة للكهرباء”.

اللدائن ، أو “البوليمرات الكهرومغناطيسية” ، هي إما مواد طبيعية أو اصطناعية ذات جزيئات كبيرة يمكن أن تتغير في الحجم أو الشكل عند تحفيزها بواسطة مجال كهربائي.

قال العلماء إن الفيلم الذي تم إنتاجه حديثًا للفريق بقيادة جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس “نحيف وخفيف مثل شعر الإنسان” ، ويبلغ سمكه حوالي 35 ميكرومترًا.

عندما يتم تكديس طبقات متعددة معًا ، فإنها تصبح محركًا كهربائيًا مصغرًا يمكن أن يعمل مثل الأنسجة العضلية وينتج طاقة كافية لتشغيل الحركة للروبوتات الصغيرة أو أجهزة الاستشعار.

صنع الباحثون أكوام من الأفلام تتراوح من أربع إلى 50 طبقة.

قال Qibing Pei ، أستاذ علوم وهندسة المواد في كلية Henry Samueli للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس والمؤلف المقابل للدراسة ، لـ UPI في مقابلة عبر الهاتف إنه يتصور العديد من التطبيقات الطبية المحتملة للمادة الجديدة ، فضلاً عن استخدامها في الروبوتات الصغيرة.

قال باي: “جسم الإنسان آلة معقدة للغاية بها العديد من العضلات ، ويمكن لهذه العضلات الاصطناعية أن تذهب إلى أي مكان”.

على سبيل المثال ، قال ، يمكن استخدام مادة “العضلات الاصطناعية” كتقنية يمكن ارتداؤها ، وربما توضع على الجلد لمساعدة الأشخاص الذين لا يستطيعون الابتسام أو الرمش بسبب الظروف الصحية.

أو ، كما قال ، قد تكون هناك تطبيقات محتملة لزرع المادة في الجسم ، ربما ، على سبيل المثال ، تقوية العضلة العاصرة في شخص مصاب بالارتجاع الحمضي.

قال Pei إن الخطوة التالية هي البحث عن التطبيقات ، والتي قد تتطلب مزيدًا من التعديلات على المواد.

قال باي “أعتقد أن الإمكانات هائلة” ، لكن هناك حاجة إلى الكثير من الهندسة لتحقيق هذه الإمكانات. “لذلك نأمل أن يساعد الآخرون في تطوير تطبيقات عملية.”

ووصف باي تكوين عضلة اصطناعية لتمكين العمل واكتشاف القوة واللمس بأنه “أحد التحديات الكبرى للعلوم والهندسة”.

ذلك لأن المادة اللينة لا يمكن استخدامها كعضلة اصطناعية ما لم تكن قادرة على إنتاج الطاقة الميكانيكية وتظل قابلة للحياة في ظل ظروف الإجهاد العالي – مما يعني أنها لا تفقد شكلها وقوتها بسهولة بعد دورات العمل المتكررة ، وفقًا لـ اصدار جديد.

أوضح باي أن العلماء استكشفوا هذه القضية على مدى عقود ، وبدأوا العمل على اللدائن العازلة للكهرباء في أواخر التسعينيات. لكن ظلت هناك تحديات أساسية سعى فريق جامعة كاليفورنيا لحلها.

وقال: “كنا بحاجة إلى مادة يمكن تشكيلها بسهولة وتوسيع نطاقها”. “يمكنك طباعة العضلات الاصطناعية بأي شكل وحجم تحتاجه للقيام بهذا العمل.”

تتميز اللدائن العازلة للكهرباء ، وهي “مواد خفيفة الوزن ذات كثافة طاقة عالية المرونة” ، بمرونتها وصلابتها.

ومع ذلك ، فإن اللدائن العازلة المتاحة تجارياً مصنوعة من الأكريليك أو السيليكون ولها قدرات محدودة ، وتفتقر إلى المرونة أو غير قادرة على تحمل الضغط العالي ، كما قال باي.

قال فريق الباحثين بقيادة جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس إنهم استخدموا عملية المعالجة بالضوء فوق البنفسجي على المواد الكيميائية المتاحة تجاريًا لإنشاء مادة محسّنة قائمة على الأكريليك “تكون أكثر مرونة وقابلية للضبط وأسهل في القياس دون أن تفقد قوتها وقدرتها على التحمل.”

وقال بي إن الفريق قدم طلبًا للحصول على براءة اختراع دولية بشأن التكنولوجيا الجديدة.

تم توفير التمويل من قبل وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة. تصف DARPA مهمتها بأنها القيام “باستثمارات محورية في التقنيات الخارقة للأمن القومي”.

قال باي إن داربا مهتمة بالتقنيات الجديدة ، لكن أبحاث جامعة كاليفورنيا “مفتوحة وليست مصنفة أو خاضعة للرقابة”.

اترك تعليقاً